语音放大系统的cad设计南开大学电子信息试验教学中心.doc

第2章 语音放大电路及有源滤波器的优化设计 本章介绍的是一个比较典型的综合性系统实验，其内容涉及信息的传输、处理、存储和输出等多个方面。既有运用EDA技术设计电子应用系统的训练，又有运用虚拟仪器技术检测和调试系统的实践。通过本实验，可以启发学生再学习和再思考，培养和提高学生进行电子应用系统设计的能力。 2.1 实验目的 1．学习和掌握有源滤波器的基本原理及设计方法，熟悉巴特沃思，切比雪夫滤波器的特性，会利用滤波器设计软件FilterLab进行辅助设计。 2．学习语音电路的基本的设计思路，初步掌握电子电路EDA的设计方法。 3．熟悉OrCAD/PSpice10.5软件使用方法，学会利用该软件进行基本电路的设计、仿真和优化。 4．熟悉虚拟仪器DSO 25216使用方法，并会用它来测量电路中的各种参数。 2.2 实验系统组成及工作原理 滤波器是一种能使有用信号顺利通过而同时对无用频率信号进行抑制（或衰减）的电子装置。工程上常用它来做信号处理、数据传送和抑制干扰等。按照功能划分，滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。以往的模拟滤波器主要是采用无源元件R、L和C组成的。20世纪60年代以来，集成运放获得了迅速地发展，由它和R、C组成的有源滤波器，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，而输出阻抗又很低，并且由其构成的有源滤波器还具且一定的电压放大和缓冲作用。因此，基于放大器和R、C构成的有源滤波器应用日益广泛，对于滤波器的优化设计方面的工作也显得越来越重要。 随着计算机技术的迅速发展，计算机辅助设计(CAD：Computer Aided Design)技术已经渗透到电路设计的各个领域，CAD技术已经成为提高电路和系统设计的性能和质量的必备工具。可以毫不夸张地说，当今离开CAD技术，电路与系统的设计将会寸步难行。OrCAD软件和PSpice软件是电路设计最常用的软件之一。随着OrCAD公司和MicroSim的合并，这两个软件也取长补短并集成在一起成为功能更加强大的OrCAD/PSpice9软件包。它在性能分析和优化设计方面比以前有很大扩展，在电子技术的学习和教学中配合使用仿真软件可使学生加深对所学知识的理解提高学习效率。 OrCAD/PSpice10.5软件是电路设计最常用的软件之一，尤其是以下几个方面更具特色： 1．功能强大的仿真结果观察分析模块PROBE，不仅提供基本的结果显示和结果数据的函数运算功能，后者可方便地得到功率阻抗等波形。 2．提供数据曲线各种特征点的提取功能，可取得曲线斜率的最大最小等特征点。 3．电路性能分析功能Performance Analysis ，可配合参数分析功能给出某种电路性能和元器件参数之间的关系，为电路的最优化设计提供依据。 4．在语音放大电路实验中，带通滤波器是很重要的一环。OrCAD/PSpice10.5强大的功能完全可以进行带通滤波器性能分析及优化设计。 虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等。虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。DSO-25216型虚拟仪器包括双通道数字存储示波器、16通道逻辑分析仪和双通道频谱分析仪，可连接台式计算机或笔记本电脑。每个通道（包括逻辑分析仪通道）都具有250MHz/秒的采样速率和128K采样存储深度，具有先进的触发和通过/失败测试及其它许多高级测量功能。 本实验利用OrCAD/PSpice10.5高级电路仿真软件进行扩音电路和滤波器电路的设计验证，并通过虚拟仪器DSO-25216对实际电路参数进行自动测量，使实验者初步了解用EDA（电子设计自动化）技术设计和调试电路系统的步骤和过程。 2.2.1语音放大电路概述 1．语音放大电路的原理框图 语音放大电路的原理框图，如图2-1所示： 图2-1 语音放大电路的原理框图 2．分配各级放大电路的电压放大倍数 由语音放大电路的设计参考图可知，该扩音机电路主要由前置放大、有源滤波和功率放大三级组成。其总的电压放大倍数Au = Au1 Au2 Au3 。应根据放大器所要求的总的放大倍数Au来合理分配各级的电压放大倍数，同时还要考虑到各级放大电路所能达到的放大倍数。因此在分配和确定各级电压放大倍数时，应注意以下几点： 1）由输入信号ui，最大不失真输出功率Pom，负载阻抗（扬声器）RL，求出总的电压放大倍数（增益）Au 。 2）为了提高信噪比S/N，前置放大电路的放大倍数应该适当取大。 3）为了使输出波形不